CN113066896A - 一种太阳能电池发射结制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池发射结制备方法，包括如下步骤：S1.预先采用下镀膜的真空镀膜方式在硅片表面制备掺杂非晶硅薄膜，即硅片平躺放置在载板上，硅片边缘被载板托举覆盖，掺杂非晶硅薄膜沉积在硅片的下表面；S2.进入高温炉中进行扩散；S3.扩散完成后降低炉温，在高温炉里通入氧气对掺杂非晶硅薄膜进行氧化处理，便于下一道清洗；S4.硅片出炉冷却、清洗，完成发射结制备。本发明通过下镀膜的真空镀膜方式，保护硅片边缘防止绕镀，简化后续清洗工艺步骤；降低了扩散温度，减小了对硅基体造成的热损伤，有利于电池效率的提升，降低了制造能耗，有利于成本控制；总工艺时间缩减至现有技术的1/2，生产效率显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种太阳能电池发射结制备方法。
背景技术
以硅为基底的太阳能电池，其发电原理是基于在表面形成PN结。即在硅片表面掺入一定杂质，典型的情况是N型硅片中掺硼，P型硅片中掺磷。太阳能电池运行最核心部分就是发射结，即PN结，这是将太阳能转化为电能的关键所在。目前的太阳能电池市场中硅基电池占据市场主流。以P型硅片为基底的PERC电池，其核心工艺是在表面掺磷；以N型硅片为基底的电池(例如TOPCon电池)，其核心工艺之一就是在N型硅片的一面制备硼掺杂层(P层，即发射极)，由此形成PN结。
现有技术中，PN结的制备通常是在石英管式炉中利用扩散工艺来实现。具体工艺流程为：将清洗制绒后的硅片送入石英管式炉中，首先在高温下通入硼源(比如BCl3，BBr3)和氧气在硅片表面反应形成SiByOx即B掺的氧化硅/硼硅玻璃，简称BSG；随后进一步升高炉温至970-1050℃左右，使硼进一步扩散到硅层，形成硼掺杂的硅层。最后将表面的BSG清洗去除，保留掺杂层，完成PN结的制备，这已经在新型高效TOPCon电池中被生产使用。同样的，使用POCl3作为磷源，就可以在P型硅片表面形成磷扩散层，这在PERC电池中得到广泛应用。PN结厚度通常在0.6-1μm左右，硼的掺杂浓度约为1.0E19原子/CM3。
上述现有PN结的扩散工艺制备技术存在如下缺点：
1、清洗制绒后的硅片，需两两重叠后竖直插在石英舟内，然后将石英舟推到石英管式炉中进行高温化学反应和扩散推进；硅片两两重叠放置的目的是为了将硅片不需要扩散的一面保护起来，但在实际生产过程中，由于硅片大小不一致，硅片重叠面的边缘会发生绕镀也生成扩散层，而这个绕镀扩散层会导致电池漏电，影响其正常运行；目前需采取一种复杂的清洗工艺清除绕镀扩散层；
2、扩散温度高达970-1050℃，如此高的工艺温度不仅会对硅基体造成损伤，影响太阳能电池的体寿命，还会造成很高的能耗成本；另外，总工艺时长长达4h，生产效率低下，均不利于生产成本的控制。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电池发射结制备方法，包括如下步骤：
S1.预先采用下镀膜的真空镀膜方式在硅片表面制备掺杂非晶硅薄膜，即硅片平躺放置在载板上，硅片边缘(小于1mm)被载板托举覆盖，掺杂非晶硅薄膜沉积在硅片的下表面以有效避免绕镀，掺杂非晶硅薄膜的厚度为10-100nm，掺杂浓度为0.1-5％；
S2.进入高温炉中进行扩散，扩散时通入氮气等惰性气体保护工艺气氛并防止空气中的氧进入，扩散温度900-1000℃，以950℃最佳，扩散时间40-100分钟；
S3.扩散完成后降低炉温至10-100℃，在高温炉里通入氧气10-30分钟，对掺杂非晶硅薄膜进行氧化处理，将掺杂非晶硅薄膜氧化为SiO2，以便下一步清洗；
S4.硅片出炉冷却，并使用HF或BOE将硅片表面的SiO2清洗去除，完成发射结制备。
其中，步骤S1中，采用PECVD方式制备掺杂非晶硅薄膜，即：经制绒处理后的硅片平躺放置在载板上，并随载板进入真空反应腔，反应腔通入相应气体，开启射频电源激发等离子体放电，在硅片表面形成掺杂非晶硅；通入气体包括前质气体、掺杂气体和载气。其中，前质气体为含硅的气体，制备硼掺杂非晶硅薄膜时的掺杂气体为硼烷或其他含硼的气体，制备磷掺杂薄膜时的掺杂气体为磷烷或其他含磷的气体，载气为氢气，工艺温度为100-500℃，工艺压力为1-1000Pa。
其中，步骤S1中，采用PVD方式制备掺杂非晶硅薄膜，即：经制绒处理后的硅片平躺放置在载板上，并随载板进入真空反应腔，真空反应腔内放置掺杂硅靶，通过磁控溅射的方式把硅靶上的硅溅射下来，在硅片表面形成非晶硅，同时通过硅靶里的掺杂元素(磷或硼)一起掉落形成掺杂非晶硅，磁控溅射采用氩气或类似惰性气体轰击表面；如果掺杂浓度不足，可以额外导入掺杂气体，或掺杂气体和氩气的混合气体，进一步增加掺杂浓度。其中，电源采用直流电源、交流电源、脉冲直/交流电源中的一种，工作压力是0.1-2Pa，工作气体为氩气，制备硼掺杂非晶硅薄膜时的掺杂气体为硼烷，制备磷掺杂非晶硅薄膜时的掺杂气体为磷烷，工艺温度为100-500℃。
本发明还提供了一种太阳能电池，其发射结采用上述方法制备而成，包括TOPCon、PERC等需要高温扩散工艺的电池结构。
本发明还提供了一种太阳能电池组件，包括采用上述工艺制备发射结结构的太阳能电池组成的发电板。
通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、通过采用PECVD或PVD真空镀膜的方法制备单面掺杂非晶硅薄膜，通过下镀膜的镀膜方式，可以保护硅片边缘防止绕镀，从而简化后续清洗工艺步骤；
2、扩散形成发射结的扩散温度900-1000℃，以950℃最佳，进一步降低了扩散温度，一方面减小了对硅基体造成的热损伤，有利于电池效率的提升，另一方面，降低了制造能耗，有利于成本控制；
3、扩散形成发射结的扩散时间10-100分钟，总工艺时间缩减至现有技术的1/2，生产效率显著提升；
4、扩散完成后导入氧气氧化原来的镀膜层，便于下一道清洗；
5、该方法适用于TOPCon、PERC等需要形成PN结工艺的电池结构。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：
本实施例1提供的一种太阳能电池发射结制备方法，包括如下步骤：
S1.预先采用PECVD下镀膜的真空镀膜方式在硅片表面制备硼掺杂非晶硅薄膜，即：经制绒处理后的硅片平躺放置在载板上，硅片边缘(小于1mm)被载板托举覆盖，并随载板进入真空反应腔，反应腔通入相应气体，开启射频电源激发等离子体放电，在硅片的下表面形成硼掺杂非晶硅以有效避免绕镀；通入气体包括前质气体、掺杂气体和载气。其中，前质气体为含硅的气体，掺杂气体为硼烷或其他含硼的气体，载气为氢气，工艺温度为100-500℃，工艺压力为1-1000Pa，掺杂非晶硅薄膜的厚度为10-100nm，掺杂浓度为0.1-5％；
S2.进入高温炉中进行扩散，扩散时通入氮气等惰性气体保护工艺气氛并防止空气中的氧进入，扩散温度900-1000℃，以950℃最佳，扩散时间10-100分钟；
S3.扩散完成后降低炉温至10-100℃，在高温炉里通入氧气1-30分钟，对掺杂非晶硅薄膜进行氧化处理，将掺杂非晶硅薄膜氧化为SiO2，以便下一步清洗；
S4.硅片出炉冷却，并使用HF或BOE将硅片表面的SiO2清洗去除，完成发射结制备。
实施例2：
本实施例2与实施例1的不同之处在于，掺杂气体为磷烷或其他含磷的气体，从而采用PECVD下镀膜的真空镀膜方式在硅片表面制备磷掺杂非晶硅薄膜。
实施例3：
本实施例3与实施例1的不同之处在于，步骤S1中，采用PVD方式制备硼掺杂非晶硅薄膜，即：经制绒处理后的硅片平躺放置在载板上，并随载板进入真空反应腔，真空反应腔内放置硼掺杂硅靶，通过磁控溅射的方式把硅靶上的硅溅射下来，在硅片表面形成非晶硅，同时通过硅靶里的硼掺杂元素一起掉落形成硼掺杂非晶硅，磁控溅射采用氩气或类似惰性气体轰击表面；如果掺杂浓度不足，可以导入掺杂气体硼烷和氩气，进一步增加掺杂浓度。其中，电源采用直流电源、交流电源、脉冲直/交流电源中的一种，工作压力是0.1-2Pa，工作气体为氩气，工艺温度为100-500℃。
实施例4：
本实施例4与实施例3的不同之处在于，真空反应腔内放置磷掺杂硅靶，通过磁控溅射的方式把硅靶上的硅溅射下来，在硅片表面形成非晶硅，同时通过硅靶里的磷掺杂元素一起掉落形成磷掺杂非晶硅，如果掺杂浓度不足，可以额外导入掺杂气体磷烷，从而采用PVD方式制备磷掺杂非晶硅薄膜。
实施例5：
本实施例5提供了一种太阳能电池，其发射结采用上述实施例1-4任一项的方法制备而成，包括TOPCon、PERC等需要形成PN结的电池结构。
实施例6：
本实施例6还提供了一种太阳能电池组件，即把实施例5所述结构的太阳能电池组合在一起形成发电板产品。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池发射结制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.预先采用下镀膜的真空镀膜方式在硅片表面制备掺杂非晶硅薄膜，即硅片平躺放置在载板上，硅片边缘被载板托举覆盖，掺杂非晶硅薄膜沉积在硅片的下表面；
S2.进入高温炉中进行扩散；
S3.扩散完成后降低炉温，在高温炉里通入氧气，对掺杂非晶硅薄膜进行氧化处理；
S4.硅片出炉冷却、清洗，完成发射结制备。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池发射结制备方法，其特征在于，掺杂非晶硅薄膜的厚度为10-100nm，掺杂浓度为0.1-5％。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能电池发射结制备方法，其特征在于，步骤S1中，采用PECVD方式制备掺杂非晶硅薄膜。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池发射结制备方法，其特征在于，制备硼掺杂非晶硅薄膜时，前质气体为含硅的气体，掺杂气体为含硼的气体，载气为氢气，工艺温度为100-500℃，工艺压力为1-1000Pa。
5.根据权利要求3所述的一种太阳能电池发射结制备方法，其特征在于，制备磷掺杂非晶硅薄膜时，前质气体为含硅的气体，掺杂气体为含磷的气体，载气为氢气，工艺温度为100-500℃，工艺压力为1-1000Pa。
6.根据权利要求1或2所述的一种太阳能电池发射结制备方法，其特征在于，步骤S1中，采用PVD方式制备掺杂非晶硅薄膜。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能电池发射结制备方法，其特征在于，制备硼掺杂非晶硅薄膜时，电源采用直流电源、交流电源、脉冲直/交流电源中的一种，工作压力是0.1-2Pa，工作气体为氩气，掺杂气体为硼烷，工艺温度为100-500℃。
8.根据权利要求6所述的一种太阳能电池发射结制备方法，其特征在于，制备磷掺杂非晶硅薄膜时，电源采用直流电源、交流电源、脉冲直/交流电源中的一种，工作压力是0.1-2Pa，工作气体为氩气，掺杂气体为磷烷，工艺温度为100-500℃。
9.一种太阳能电池，其特征在于，其发射结采用上述方法制备而成。
10.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括采用权利要求9所述结构的太阳能电池组成的发电板。
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| CN202110281240.3A Pending CN113066896A (zh) | 2021-03-16 | 2021-03-16 | 一种太阳能电池发射结制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113066896A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116053333A (zh) * | 2022-08-31 | 2023-05-02 | 江苏杰太光电技术有限公司 | 一种太阳能电池发射极制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101882651A (zh) * | 2010-07-16 | 2010-11-10 | 山东力诺太阳能电力股份有限公司 | 一种掩膜阻挡边缘扩散的太阳能电池制作工艺 |
| WO2015130334A1 (en) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | Applied Materials, Inc. | Silicon solar cells with epitaxial emitters |
| CN109545673A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-03-29 | 南昌大学 | 一种晶体硅太阳电池用无氧扩散方法 |
| CN112359348A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-02-12 | 江苏杰太光电技术有限公司 | 一种沉积掺杂非晶硅薄膜无绕镀的方法和装置 |
-
2021
- 2021-03-16 CN CN202110281240.3A patent/CN113066896A/zh active Pending
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